Постреляционная СУБД POSTGRES95

7.1. Введение

1) СУБД POSTGRES95 была спроектирована и разработана в Калифорнийском университете г. Беркли под руководством известного специалиста в области баз данных профессора Стоунбрейкера, который в 1975-1980 гг. создал довольно популярную реляционную СУБД Ingres.

2) Направление POSTGRES принадлежит к числу так называемых постреляционных систем - к следующему этапу в развитии реляционных СУБД. В настоящее время основным предметом критики последних является не их недостаточная эффективность, а присущая этим системам некоторая ограниченность (прямое следствие простоты) при использовании в нетрадиционных областях, в которых требуются предельно сложные структуры данных. Другим, часто отмечаемым недостатком реляционных баз данных, является невозможность адекватного отражения семантики предметной области.

2-1) Поэтому современные исследования в области постреляционных систем, главным образом, посвящены устранению именно этих недостатков, и во многом требования к этим системам означают просто необходимость реализации свойств, отсутствующих в большинстве текущих реляционных СУБД. В их число, например, входит полнота системы типов, поддержка иерархии и наследования типов, возможность управления сложными объектами и т.д.

7.2. Основные особенности СУБД

СУБД POSTGRES95, являясь пост реляционной системой, сохраняет основные свойства реляционных СУБД и в то же время имеет свои, отличные от других, возможности.

1) СУБД POSTGRES95 поддерживает темпоральную модель хранения и доступа к данным. То есть для любого объекта данных, созданного в момент времени t1 и уничтоженного в момент времени t2, в БД сохраняются (и доступны пользователям) все его состояния во временном интервале (t1,t2).

Обычные же БД хранят мгновенный снимок модели предметной области, и любое изменение в момент времени t некоторого объекта приводит к недоступности этого объекта в предыдущий момент времени. Хотя, на самом деле, в большинстве развитых СУБД предыдущее состояние объекта сохраняется в журнале изменений, но осуществления доступа со стороны пользователя нет.

2-1) В связи с этим, в POSTGRES95 пересмотрен механизм журнализации изменений, откатов транзакций и восстановления БД после сбоя. Особенность системы управления памятью заключается в том, что не ведется обычная журнализация и мгновенно обеспечивается корректное состояние БД с утратой состояния в оперативной памяти.

2-2) Также система управления памятью поддерживает исторические данные, соответствующие возможности работы с которыми заложены в язык POSTQUEL. Запросы могут содержать выборку данных в определенное время, в определенном интервале времени. Например, результатом запроса

SELECT city, population FROM cities['epoch','now'] WHERE city='Moscow';

будет являться следующая таблица:

city population

Moscow 7 360 000

Moscow 8 950 000

2-3) Кроме этого, имеется возможность создавать версии отношений и допускается их последующая модификация с учетом изменений основных вариантов.

Основное решение этих аспектов состоит в том, что при модификации кортежа изменения производятся не на месте его хранения, а заводится новая запись, куда помещаются измененные поля. Эта запись, содержащая также и данные, характеризующие транзакцию, производившую изменения (в том числе и время ее завершения), подшивается в список к изменявшемуся кортежу.

3) Одним из основных положений реляционной модели данных является требование нормализации отношений: поля кортежей могут содержать лишь атомарные значения. Приведение исходного табличного представления предметной области к первой нормальной форме является основным шагом в процессе проектирования реляционной базы данных. В СУБД POSTGRES95 реализована "ненормализованная" реляционная модель данных, которая допускает хранение в качестве элемента кортежа многомерных массивов фиксированной и переменной длины, и других данных, в том числе абстрактных, определенных пользователями типов:

CREATE TABLE salary (name text,pay_by_quarter int4[ ], schedule char16[ ][ ]);

Это свойство POSTGRES95 сближает ее со свойствами объектно-ориентированных СУБД, хотя семантические возможности модели данных POPSTGRES95 существенно слабее.

4) Язык запросов СУБД POSTGRES95 - POSTQUEL- является вариантом нового стандарта языка SQL-3. Он имеет операторы для определения схемы базы данных (CREATE TABLE, ALTER TABLE), манипулирования данными (UPDATE- заменить, DELETE - удалить, SELECT- выбрать, INSERT- вставить и др.), операторы управления транзакциями, предоставлений и ограничений доступа и др. POSTQUEL, кроме этого, предоставляет много дополнительных возможностей. В их число входят расширенная система типов (кроме обычных типов int, float, real, smallint, char(N), varcha(N), date, time и др. реализована возможность создания пользователями произвольного числа своих типов), поддерживается иерархия и наследование классов, предоставляется возможность определения собственных функций, операторов и агрегатов. В таблицах могут храниться данные размером более 8 KB. Это позволяет осуществлять, так называемый, интерфейс больших объектов (Large Objects Interface), который применяет файл-ориентированный доступ к данным, объявленных как тип large. POSTQUEL не поддерживает подзапросы, но они могут легко быть осуществлены с помощью самостоятельно написанных SQL-функций.

4-1) POSTQUEL поддерживает два типа функций: SQL-функции и функции, написанные на языке программирования, например, на Си. Кроме функций, пользователь может создавать свои агрегаты и операторы. POSTGRES95 позволяет легко вводить новые структуры, используя не физическую, а логическую модель хранения данных. В системных каталогах POSTGRES95, в отличие от стандартных реляционных систем, хранится информация не только об отношениях и атрибутах, но также и информация о типах, функциях, методах доступа и т.п. В POSTGRES95 системные каталоги представлены следующими классами: pg_database - базы данных; pg_class - отношения; pg_attribut - атрибуты; pg_proc - процедуры (и на Си, и на SQL); pg_type - типы; pg_aggregate – функции и агрегаты; и др. Каждый класс располагается в файле с соответствующим именем, которое начинается с pg_, куда помещаются все вносимые пользователем изменения при создании таблиц, типов, функций и т.д. Между классами установлены отношения, которые позволяют связывать различные структуры и осуществлять внутренние операции между ними.

7.3. Архитектура СУБД POSTGRES95

Архитектура СУБД POSTGRES95 основана на модели "клиент-сервер". Сессия с СУБД состоит из следующих взаимодействующих процессов:

· postmaster - управляющий процесс-демон, который руководит взаимодействием между внешними и внутренними процессами; он выделяет совместно используемый буффер динамической памяти и выполняет другие инициализации во время запуска.

· postgres - внутренний серверный процесс базы данных, исполняющий запросы клиента. Postmaster всегда запускает новый postgres-процесс для каждого клиентского приложения. Этот серверный процесс выполняется на машине сервера.

· внешняя прикладная программа, которая может находиться на другом компьюторе (например, рабочей станции). Она соединяется с postgres через postmaster.

Один раз запущенный процесс-демон postmaster управляет установленным набором баз данных на серевере.

Внешняя прикладная программа, желающая получить доступ к одной из этих баз данных, вызывает библиотеку функций прикладного программного интерфейса LIBPQ.

С помощью этих функций запрос по сети передается postmaster'у, который порождает серверный процесс и соединяет внешнюю программу с сервером. С этого момента клиентские и серверные процессы взаимодействуют без помощи postmaster'a.

Таким образом, postmaster постоянно работает, ожидая запросов, в то время, как происходят и завершаются соединения с внешними приложениями. Прикладной программный интерфейс LIBPQ позволяет одной клиентской программе совершать во время одной сессии множественные соединения с сервером БД. Но тем не менее, внешняя программа - это однопотоковый процесс. Многопоточность процессов библиотекой LIBPQ не поддерживается.

Другой особенностью архитектуры СУБД POSTGRES95 является то, что postmaster и postgres серверные процессы всегда выполняются на одной и той же машине - сервере базы данных, тогда как внешние программы могут находиться на любых машинах сети.

Таким образом, СУБД POSTGRES95 позволяет осуществлять доступ клиентским прикладным программам к своим базам данных не только в локальном, но и удаленном режиме. Но система безопасности СУБД не предоставляет эту возможность всем пользователям. Для разрешения удаленного соединения с базами данных необходимо установить режим аутентификации для данного пользователя. По умолчанию в файле конфигурации этот режим отключен, и доступ разрешен только программам, расположенным в директории на машине сервера БД. Для установления аутентификации необходимо в файле pq_hba указать имена машин, с которых возможен удаленный доступ прикладным программам, и соответствующие базы данных, к которым разрешается удаленный доступ:

# <name> <address> <mask>

all 127.0.0.1 0.0.0.0

all 194.85.135.66 0.0.0.0

После этого необходимо произвести заново компиляцию системы.